烤鸭绿色制造技术研究进展

王雅琪,饶伟丽,田建文,王振宇,*

(1. 宁夏大学农学院,宁夏银川 750021;2.中国农业科学院农产品加工研究所,农业部农产品加工综合性重点实验室,北京 100193)



烤鸭绿色制造技术研究进展

王雅琪1,2,饶伟丽2,田建文1,*,王振宇2,*

(1. 宁夏大学农学院,宁夏银川 750021;2.中国农业科学院农产品加工研究所,农业部农产品加工综合性重点实验室,北京 100193)

本文简述了烤鸭传统烤制工艺的特点和弊端,对过热蒸汽烤制、气体射流冲击烤制、热力场干燥烤制、光波烤制等单一烤鸭绿色制造技术和复合绿色制造技术研究进展进行了综述,在此基础上提出展望,为今后烤鸭绿色制造生产和研究提供参考。

烤鸭,绿色制造,加工工艺,烤制

禽肉营养丰富,大部分禽肉蛋白质含有充足的人体必需氨基酸,而且在种类和比例上接近人体需要,易于消化吸收[1]。截至2011年底,全国鸭的存栏量14.49亿只,年出栏量37.93亿只,2012年全国(21个省)主产区肉鸭年存栏量7.07亿只,年出栏量33.95亿只,年产值达到515.57亿元[2],烤鸭作为我国的一种传统风味肉制品,由于风味独特,在国内外久负盛名[3]。早在明代,御厨便开始选用肥厚多肉的湖鸭,采用炭火烘烤或果木燃烧炭火烤制,使鸭肉皮层松脆,入口即酥,烤制而成的鸭子同时也具有独特的果木炭火清香,被皇宫取名为“烤鸭”[4]。传承至今的传统加工方式有其不可替代的优势,能够赋予产品独特的色、香、味,但传统加工工艺存在着极大的局限性。目前一般采用的烟熏炉蒸煮、干燥、烤制或是电烤炉烤制等方式比传统加工技术,提高了产能,减少了资源浪费,但也存在风味缺失、质量不稳定、加工危害物含量高、能耗高等问题[5]。

绿色制造是一种绿色、环保和健康的现代化制造方式,符合科学生产、科学发展的原则,使经济效益和社会效益得到协调优化[6]。吕慧超和彭增起等学者首次提出肉制品绿色制造技术的概念,即肉制品绿色制造技术是一种可把对人体健康和环境的危害降至最低并使经济效益和社会效益得到协调优化的一种先进的现代化制造方法[7]。随着消费者对健康、美味、安全、方便的食品需求的不断增长,为促进烤鸭工业甚至是食品工业的发展,对于北京烤鸭绿色制造技术的开发势在必行。

本文综述了北京烤鸭传统工艺特点,对现阶段烤鸭的绿色制造技术进行了初步探索,详述了过热蒸汽烤制、气体射流冲击烤制、燃气红外辐射烤制、热力场干燥烤制、光波烤制等节能、高效、低危害物的绿色制造技术。

1 传统烤鸭加工工艺特点及弊端

1.1 传统加工工艺特点

表1 传统烤制工艺特点和弊端Table 1 The traditional roasting technology characteristics and disadvantages

烤鸭传统加工工艺极其复杂,包括手工上糖色、烫皮、吹气等步骤,其中烤制是最关键的工艺,焖炉烤制和挂炉烤制是目前主要的传统烤制方式[4,8]。

焖炉烤鸭以便宜坊为代表,其方法是用燃烧的木料加热炉墙,凭炉墙热力进行烘烤。炉内温度先高后低,鸭子表面受热均匀、耗油量小,形成外烤内煮之势,故而减少了明火烤制易产生致癌物的现象[9],烤出的鸭子外皮酥脆,内层丰满,肥而不腻[10-11]。挂炉烤鸭以全聚德为代表,其加工方式是在炉内用明火烤制,一般选用果木为燃料,整只鸭子在炉里烤四面受热,用烤杆挑动烤鸭,不断翻动,将鸭子烤至金褐色,出炉后,鸭子表皮呈枣红色并具有诱人光泽感,其内部松软而富有弹性,外酥里嫩[12-14]。

1.2 传统工艺弊端

传统加工工艺具有其独特性,其弊端也尤为突出。目前北京烤鸭的鸭坯制作和烤制过程仍以手工为主,加工工艺和配方差异很大,烤鸭是通过烤鸭师傅经验来断定其是否烤熟,全凭师傅的经验,生产过程不确定因素多,产品质量不稳定,很难形成产业的标准化[12]。烤鸭工业化烤制专用设备的缺乏和烤制操作规范的缺失,是制约北京烤鸭实现工业化生产的重要因素[5,15]。

如表1所示,传统烤鸭加工温度高、加工方式落后,虽能赋予产品独特的色、香、味,但其温度不易控制,易出现近热源点局部温度过高,鸭坯外焦内生和烤制不匀等现象[8,16];烤鸭外部虽已成熟,但腹腔温度达不到要求,易造成单增李斯特氏菌污染[17];由于炭火热力有限,传热效率低,易造成烤制时间长、耗损大的不良后果,同时引起营养物质耗损[18]和多环芳烃类、杂环胺类化合物等加工化学危害物的增加[19]。

石金明[24]等学者测定了燃气炉烤鸭烟气中PM 2.5浓度,结果显示传统的加工方式排放大量PM2.5,加工烟气排放浓度高达2020.5 μg/m3,对环境产生严重污染。随着工业发展和市场需求,传统的烤鸭加工方式经过发展和创新,逐渐衍生出电烤炉烤制、燃气炉烤制等现代工业烤制方法。这些方法虽然在一定程度上解决了部分传统烤制带来的问题,热效率略高于传统烤制,但传统风味损失、产品质量控制难度大的问题,并未达到理想效果,亟需研发绿色制造技术。

2 烤鸭绿色制造技术研究现状

2.1 绿色制造

1991年美国化学学会(ACS)提出了“绿色化学”,即在化学物质合成、加工和利用中减少或消除对人类和环境产生危害的技术与方法。1996年美国制造工程师学会(SME)提出了绿色制造的概念和主要研究内容。绿色制造是一种绿色、环保和健康的现代化制造方式,能最大限度降低生产过程中有害物的产生,生产对人类和环境有益的食品,从而使经济效益和社会效益得到协调优化[7],将绿色制造技术应用于烤鸭的生产加工中具有确实的可行性。

烤鸭绿色制造是借助绿色化工原理和手段,建立新型的烤鸭加工技术,解决传统烤鸭加工的问题,生产出色泽红润鲜亮、风味清香诱人、质地酥脆可口、加工危害物含量少的烤鸭产品的制作方法[24]。目前,较为有代表性的几种烤鸭绿色制造技术分别为过热蒸汽烤制、气体射流冲击烤制、热力场干燥烤制、光波烤制等,将其单一或复合应用于烤鸭生产中,研究和应用绿色制造技术对促进烤鸭健康消费与环保加工乃至食品工业的发展具有重要意义[20]。

2.2 过热蒸汽烤制技术

2.2.1 概念 过热蒸汽是饱和蒸汽继续加热后,常压下温度高于沸点的无色透明的高温水蒸汽[25]。普通烤箱通过高温空气与被加热体接触传热。与传统烤制的空气加热不同,过热蒸汽烤制除了对流传热之外,其烤制过程中,过热蒸汽还在加热体表面发生凝结从而释放出的凝结热来加热物体[26]。过热蒸汽烤制过程凝结热为2256.7 J/g,使被加热体在过热蒸汽凝结的同时吸收大量热量,从而可实现急速升温。另外,过热蒸汽具有在水蒸气在低温部位优先凝结的特性,因此可避免加热不均匀现象的发生[26-27]。

因其具有加工可控多元化、低氧化、常压加热安全高效等众多技术优点,过热蒸汽加工技术逐渐成为一项广受关注的绿色制造技术。

2.2.2 应用情况 随着过热蒸汽技术的发展,美国、日本等国逐步生产出了用于原料加工的过热蒸汽装置,该类装置在干燥、烹饪等方面的应用越来越广泛。研究结果表明与传统加工方式相比,过热蒸汽处理后的食品,其生物活性成分,如β-胡萝卜素、抗坏血酸、抗氧化化合物、多酚和黄酮类化合物等的损失程度较少,其营养物质能够更好的保留[27]。利用过热蒸汽技术特点,Kadoma等对牛肋排、猪肉、鸡翅进行了过热蒸汽烤制,结果发现,与传统热风烤炉对比,过热蒸汽加热均可显著抑制油脂的氧化,提高出成率5%左右,苯并芘等致癌物质几率低(生成量是传统烧烤方式的1/30以下),提高食品安全性[27-28]。陈宇[26]等人研究表明,与煤气加热和微波加热相比,过热蒸汽处理后的肉品,其脱油率提高了1倍左右,水分含量并未减少。采用过热蒸汽加热的鸭肉不易发生干燥断裂,肉汁流失少,可保持鸭肉内部鲜嫩多汁,降低营养损失。热空气加热时,水分散失严重,鸭肉组织细胞易发生干燥断裂,导致肉汁流失,营养成分损失,口感变硬,过热蒸汽加热的肉品品质明显优于传统热空气加热肉品品质[29]。

综合众多研究结果显示,过热蒸汽烤制可抑制加热不均匀现象的发生;保证风味;防止营养物质流失[25,29];在持水性方面,原料内部的水分不会散失,所得产品内部鲜嫩多汁而表面干燥[26,29];与传统热风烤炉,出成率提高5%左右,与改良电烤箱相比,过热蒸汽加热可缩短加热时间60%,其出成率提高约5%～18.5%[27];另外,过热蒸汽烤制能够最大限度保持被加热原料质地不受破坏,实现高品质调理加工[27,30]。目前,过热蒸汽烤制技术已经广泛应用于各类产品加工,通过改变过热蒸汽温度和过热蒸汽处理时间,可对原料肉进行烧烤、熏蒸、干燥、炸制等各种不同的加工处理[30-32],能够有效优化和解决传统加工方式带来的弊端,具有充分的可行性和重大的研究价值。

2.3 气体射流冲击技术

2.3.1 原理 气体射流冲击技术是将具有一定压力的热空气经一定形状的喷嘴喷出,并直接冲击物料的一种方法。该技术可使气体以较高的速度直接冲刷物料表面,尤其对形状不规则的物料,从而避免了辐射式烤箱热源对物料辐射能量传递不均和局部过热的现象,并提高加热介质与物料间的传热系数[33]。

2.3.2 应用效果 气体射流冲击“北京烤鸭”烘烤技术是一种传热效率较高的绿色制造技术。在传统加工工艺中,为了赋予烤鸭独特的色泽、风味,烤鸭的烤制温度基本都要在200 ℃以上,实践生产中为获得最佳色泽,其烤制温度一般可高达270 ℃[13,34]。杨文侠,张世湘[33]等学者的实验结果表明,使用气体射流冲击技术可使烤鸭加工温度降至180～200 ℃,与传统加工工艺相比,加工温度更低,能耗少,加工危害物生成的可能性也随之降低。气体射流冲击技术在降低加工温度的同时,并未降低产品品质。廖倩[35]等学者研究表明,在170、190、210 ℃三种不同烤制温度下,苯并[a]芘含量在0.13～0.45 μg/kg,二苯并[a,h]蒽含量在0.48～2.01 μg/kg,7,12-二甲基苯并蒽含量为1.28～3.19 μg/kg,苯并[a]芘含量远远低于国家标准5 μg/kg,170 ℃气体射流冲击烤制的“北京烤鸭”可媲美传统工艺230 ℃以上烤制的烤鸭品质[36]。

综合众学者的实验结果,气体射流冲击烤鸭技术可在180～200 ℃[33,37]的温度下进行烤制,烤制后鸭皮的膨化厚度适中,膨化效果较好[38-39],实现了低温环境下烤制,降低能耗产生,节能减排,烤制过程中鸭内膛温度超过80 ℃,无致病菌[33],同时有效降低杂环胺、多环芳烃(PAHs)等有害物质的生成,加工危害物含量低于国家限量标准[35,40],产品质量稳定。该技术有利于实现烤鸭生产的产业化、工业化,对于推动实现烤鸭的绿色制造具有十分重要的意义。

2.4 热力场干燥烤制加工技术

2.4.1 原理 场是物质存在的一种基本形式,如电场、磁场等,热力场是一种热能的存在形式,在热力场中能完成物料与介质的能量传递。热力场主要研究供热方式与环境的匹配关系,涉及供热原件的布置与形状、气流的状态与速度、温度等因素[41]。使用热风循环系统提供稳定的热力场,采用干燥加工技术控制热力场中温度、水分活度、对流风速等参数进而实现热力场的智能控制,对热力场内的原料肉进行烤制,实现热力场的智能控制可以为禽肉绿色制造技术提供技术支撑[34,41]。

2.4.2 应用情况 热力场干燥加工烤鸭过程中通过调节和控制美拉德反应条件,增强其美拉德反应[42],同时在烤制过程中使用增香液,可实现在120 ℃使原料鸭皮表面上色增香[16],实现非果木烤制的效果。同时,通过对优化的烤鸭加工技术进行安全性研究,结果表明热力场干燥技术加工的烤鸭平均PM2.5排放浓度为156.67 μg/m3,3,4-苯并芘未检出,12种杂环胺总残留量为0.93 μg/kg,安全性明显高于传统烤鸭[24,41]。

2.5 光波烤制

光波烤制不同于微波烤制,它使原料从外而内的加热方法,具有光特性[43]。张超[3]等学者研究证明,使用光波烤制可有效降低烤鸭在烤制过程中加工危害物的生成,能够大幅降低VB1等具有热不稳定性营养物质的损耗。光学烤制的产品受热均匀,产品质量易控制,产生热量快,高效节能,能够提高烤鸭加工产业化、机械化程度,对环境无污染,最终实现绿色制造。

2.6 多种绿色制造技术的复合使用

单一制造技术的局限性,对产品品质的不断追求和对生产工艺的不断优化,衍生出对多种技术的复合使用的研究。刘琴[44]等人进行了微波光波组合烤制的研究,微波加热一方面具有传热传质方向一致的特点,使水分迅速蒸发,另一方面可以精准控制烤制温度[45],有效缩短烤制时间,从而减少多环芳烃、杂环胺等有害物质的产生[43];光波具有加热快、加热均匀、能最大限度地保持食物的营养成分不损失等优点[3,46],将其运用到烤鸭加工制造中,使两者组合发挥其最大的加热烤制功效,迅速赋予产品特有的烤制风味,实现烤鸭的绿色制造。Hong-Wei Xiao[47]等人将利用过热蒸汽技术和冲击技术的复合使用,获得更高的传热效率,与传统加工技术和单一加工技术相比,其可溶性固形物的损失小,加热均匀,加热时间短,由于这些优点,此技术能够有效保持食品色泽,提高生产效率,减少营养物质流失[38]。目前此类复合技术仍处于早期发展阶段,研究人员将进行下一步的研究,使将复合技术获得更好的应用效果,及其扩大其在食品工业中的应用范围。

3 结论与展望

过热蒸汽烤制、气体射流冲击烤制、热力场干燥烤制和光波烤制技术能够保证烤鸭的绿色制造,是传统烤鸭风味品质工业加工适宜性改造的有效途径。而最新研究表明[9,44,47],多种绿色制造技术的复合使用将是烤鸭加工的发展方向。今后,应在工业化放大、配套装备创新与集成、加工品高效包装选择等方面加强研究,同时,在进行技术装备集成的过程中,对烤鸭的原料标准化选择、加工过程传质传热机制、特征风味形成与保持、加工危害物形成与控制机理进行系统研究。

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Research progress in green manufacturing technology of roasted duck

WANG Ya-qi1,2,RAO Wei-li2,TIAN Jian-wen1，*,WANG Zhen-yu2，*

(1.College of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;(2.Institute of Food Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences Key Laboratory ofAgro-Products Processing,Ministry of Agriculture,Beijing 100193,China)

The characteristics and drawbacks of the traditional roasted duck were analyzed,while the single green roasting technologies and complex green roasting technologies of efficient,energy conservation and low hazard were reviewed,such as superheated steam roasting,air impingement roasting,thermal drying roasting and light wave roasting.On the basis of this,this paper provides a reference for the green production on the future and research of roasted duck.

roasted duck;green manufacturing;processing technology;roasting

2016-12-23

王雅琪(1993-)，女，硕士研究生，研究方向：肉品科学与技术，E-mail:wangyaqi5210@126.com。

*通讯作者:田建文(1965-)，男，博士，教授，研究方向：农产品贮藏与加工,E-mail: cjl2016@126.com。 王振宇(1981-)，男，博士，副研究员，主要从事肉品科学与技术研究，E-mail：food2006wzy@163.com。

国家重点研发计划(2016YFD0401505)；国家农业科技创新工程(肉品科学)。

TS201.1

A

1002-0306(2017)13-0315-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.059